史文龍 顏志恒 李軍 王波 陸長亮

摘 要：根據地下洞室施工特性及地質條件，本研究對地下洞室人員定位裝置進行重新設計。其間詳細介紹了洞口檢卡系統(tǒng)的安裝、調試注意事項，指出了洞室內分站、讀卡器的安裝位置要求，確保系統(tǒng)可靠運行和監(jiān)測人員位置信息準確;結合人員定位同步顯示系統(tǒng)，將地下洞室內部情況和進出洞室通過顯示屏方式反映出來;對定位管理系統(tǒng)進行系統(tǒng)的模塊化規(guī)劃，避免人員操作不當而導致信息不能及時傳送，保證人員定位系統(tǒng)運行安全，有效提高工作效率。

關鍵詞：地下洞室;人員定位;同步顯示;安全施工

中圖分類號：TV736文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）03-0063-03

Research on Personnel Positioning Device for Underground

Cavern of Pumped Storage Power Station

SHI Wenlong1 YAN Zhiheng1 LI Jun1 WANG Bo2 LU Changliang2

（1. Sinohydro Bureau Co.， Ltd.，Chengdu Sichuan 610213;2. North China Institute of Science & Technology，Langfang Hebei 065201）

Abstract： According to the construction characteristics and geological conditions of underground caverns， this study redesigned the personnel positioning device of underground caverns. In the meantime， the installation and debugging precautions of the hole inspection card system were introduced in detail， and the requirements for the installation location of the substation and the card reader in the cave were pointed out to ensure the reliable operation of the system and the accurate location information of the monitoring personnel; combined with the personnel positioning synchronization display system， the underground cave room and the entrance and exit of the cave room were reflected through the display screen; the positioning management system was systematically modularized to avoid improper operation of personnel and the information cannot be transmitted in time， so as to ensure the safe operation of the personnel positioning system， and effectively improve work efficiency.

Keywords： underground cavern;personnel positioning;synchronous display;safe construction

抽水蓄能電站地下洞室復雜，建立完善的地下洞室施工人員定位系統(tǒng)，有助于保障施工開挖過程中的工作人員安全。諸多學者對人員定位系統(tǒng)開展了大量研究，趙軍等[1]對礦井開采過程進行分析，以Zigbee為基礎，提出了一種精確度較高的人員定位系統(tǒng);董捷[2]結合水電站建設與運行特點，以人員定位系統(tǒng)為基礎，提出水電站施工人員定位系統(tǒng)結構與功能要求;李旺旺[3]基于WiFi技術提出一種應用于煤礦的人員定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)結合以太網等實現數據通信，采用最近鄰法進行位置計算，并借助Android平臺開發(fā)客戶端應用程序，最終實現系統(tǒng)功能。

諸多學者對煤礦人員定位系統(tǒng)開展了較為深入的研究，得出有意義的成果，但抽水蓄能電站地下洞室人員定位系統(tǒng)的相關研究較少。抽水蓄能電站地下洞室復雜，單元體結構眾多，在施工開挖過程中，工作人員安全尤為重要。因此，分析地下洞室結構特征，研究抽水蓄能電站地下洞室人員定位系統(tǒng)具有重要的現實意義。

1 工程概況

豐寧抽水蓄能電站地下洞室結構比較復雜，主體結構由上、下水庫及各單元體結構等組成。地下廠房系統(tǒng)位于灤河左岸，地形上總體表現為“兩梁夾一溝”，其東側與走向為NE30°的山梁近垂直相交?！耙粶稀奔礊楸拮訙?，沖溝總體方位為SE117°，溝底寬度為10～35 m，溝底高程為1 050～1 300 m;沖溝兩岸坡度為40°～45°，發(fā)育有5條窄淺支溝，與主溝多呈60°左右斜交。鞭子溝左側山梁，即臨灤河山梁總體走向為SE115°，梁頂高程為1 165～1 420 m，鄰河岸坡坡度為38°～45°，發(fā)育有3條與河谷近垂直的支溝。鞭子溝右側山梁總體走向為SE115°，梁頂高程為1 402～1 535 m。地下廠房處于鞭子溝溝腦部位，軸線為近SN向，與鞭子溝呈近60°角度斜交，上層覆蓋巖體平均厚度介于250～330 m。

豐寧地下洞室結構復雜，各單元體施工周期較長且相互影響，洞室中車輛及機械設備施工產生振動多，對施工人員構成安全隱患。如果地下洞室發(fā)生事故，那么受錯綜復雜的洞室環(huán)境影響，施工人員很難及時逃離，致使洞室內人員安全得不到保障。因此，建立完善的人員定位系統(tǒng)極為重要。

2 地下洞室人員定位系統(tǒng)

本研究設計的定位裝置如圖1所示，主要包括主支撐、圍欄板和彈簧。其中，主支撐右側安裝有伺服電機。

地下洞室定位裝置安裝有錐形齒輪和鉆頭。啟動伺服電機驅動連接桿旋轉，帶動錐形齒輪旋轉，然后帶動鉆頭旋轉，鉆頭鉆入，使得固定板固定在地面上，此結構使得所有并排的鉆頭同時向地底下旋轉鉆進且固定在地面上，增加了整體的穩(wěn)固性，避免了主支撐在長期使用中出現松動現象。

3 人員定位系統(tǒng)工作原理及功能

3.1 地下洞室卡器安裝位置要求

目前，工程定位裝置只能對特定區(qū)域進行定位，地下洞室安裝的定位裝置也無法跟蹤與識別人員方向。如果地下洞室設置大量基站，就可以提高安全效果，但成本巨大;如果設置較少，就無法確保人員安全。如何解決這一問題值得深入研究，人們要設置合理數量的基站，滿足地下洞室人員安全要求。需要合理了解地下洞室的地質特征與分布結構。

在地下洞室中，讀卡器應滿足以下原則：能夠精準讀取某個區(qū)域人員信息;能夠準確識別各單元體人員運行軌跡;將識別盲區(qū)盡可能降到最低。

地下洞室出入處安裝2個讀卡基站來對人員軌跡進行跟蹤，讀卡基站D1安裝在洞口處，讀卡器D2應設置在洞室內，D1、D2兩者之間的距離大于2L，D1距離洞口處距離大于L（L為讀卡基站識別半徑），如圖2所示。與直岔洞口相比，分岔洞口更加復雜。當分岔洞口長度大于1 000 m時，讀卡基站必須增加數量;當洞室內出現岔口時，在洞室內分叉口（F為設置距離）處設置讀卡基站。

3.2 人員定位同步顯示系統(tǒng)

將LED大屏幕設置在洞室進、出口旁邊，靠近門房或值班室為佳。屏幕上的內容有標簽號、姓名、施工進出時間和總人數等，監(jiān)管人員不用到洞室下面，也不必查看監(jiān)控室計算機，就能及時了解洞室內施工人員情況。

數據服務設備選用的是礦井專用設備，管理主機內主板選用的是特定工控機主板，設備機箱具有較高的散熱功能，為了確保主機的流暢度，本設計選用Intel四核處理器，運行內存為16 G。選用容量較大的硬盤，確保數據有效存儲。地下洞室各設備均采用防腐蝕外殼，符合國家對地下洞室設備的使用要求[4]，將采集的地下洞室信息通過各讀卡基站發(fā)送過來，然后利用通信接口進行信號轉換，將地下洞室傳輸的信息投放到LED顯示設備上。

系統(tǒng)建立后，其能夠有效記錄工作人員進出洞室的時間以及在洞室中的運行軌跡，具有科學有效的分析能力。如果系統(tǒng)突然出現問題，洞室工作人員又未按時進出時，主機會自動彈出報警提示窗口，提醒工作人員排除故障，進行洞室內人員核實，然后實施相關救援，主機界面及功能要求如下。

（1）管理界面模塊。操作管理人員必須設置驗證賬號與密碼才能進入該管理系統(tǒng)界面，設置管理權限能夠有效地保存數據信息。

（2）顯示區(qū)。該管理系統(tǒng)的核心部分為顯示區(qū)，其承載著人員定位系統(tǒng)所有的監(jiān)測內容。顯示區(qū)可以顯示地下洞室工作人員所處的地點，而且能夠詳細顯示出某個特定時間工作人員停留的位置，還可以循環(huán)播放工作人員的運行軌跡。

（3）數據儲存、查詢及統(tǒng)計模塊。該模塊能夠使管理人員準確了解員工當前位置、地下洞室人數及進出洞室時間，在指定時間對地下洞室工作人員所處位置進行查詢;有效地對洞室內工作人員人數和工作時間進行統(tǒng)計。

（4）其他模塊。除上述模塊外，該系統(tǒng)還具有動態(tài)識別卡管理模塊、人員活動規(guī)律管理模塊、報警管理模塊及系統(tǒng)維護模塊。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

地下洞室是一個較大的封閉空間，由于工作人員位置、巖體變形量等信息不斷變化，管理者無法準確掌握工作人員的運行軌跡、圍巖變形量、施工進度等信息，因此安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過運用無線網絡技術來完成地下洞室新建監(jiān)控點的視頻無線網絡傳輸。通常將新建監(jiān)控點的視頻通過無線網絡傳輸至就近中繼點，然后將所有視頻傳輸至數據中心，再通過有線方式傳輸至監(jiān)控中心。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室方案依據《中華人民共和國無線電管理條例》等進行設計和規(guī)劃，模擬分為兩種模式，分別為直行模擬和彎行模擬。在監(jiān)控位置布置無線傳輸設備時，無線基站的位置較高，目的是避免洞室中各種遮擋物遮住基站的信號源，準確監(jiān)測地下洞室內人員、施工過程等變化情況，以保證信息傳輸質量和效率。

4 結論

通過分析地下洞室地質特征與各單元體結構，本研究對地下洞室定位裝置進行重新設計，以免開挖、機械等產生振動而引起地下洞室定位裝置結構不穩(wěn)定。定位裝置同步顯示系統(tǒng)將地下洞室人員具體位置和何時進入洞室工作等信息清楚地展現在屏幕上，同時合理規(guī)劃人員定位系統(tǒng)功能，為第一時間了解洞室內人員信息提供有利保障，以便實施最為有效的救援工作，使人員傷亡率降至最低。人員定位系統(tǒng)擁有自我維護功能，能夠進行自我檢測和預警，充分保障自身的正常運行，大大降低了設備維修費用。同時，該系統(tǒng)的引入基本實現了人員定位的信息化和數字化。

參考文獻：

[1]趙軍，呂瑞騰，范新虎，等.人員定位系統(tǒng)的設計[J].電子質量，2103（10）：40-42.

[2]董捷.室內人員定位系統(tǒng)在水力發(fā)電廠中的應用研究[J].云南水力發(fā)電，2017（2）：173-177.

[3]李旺旺.李家壕煤礦井下人員定位系統(tǒng)研究[J].信息化與數字化，2018（5）：161-162.

[4]梁皓，張顯羽，樓標昌，等.抽水蓄能電站工程建設安全監(jiān)測數據管理系統(tǒng)展現研究[C]//2018智能電網新技術發(fā)展與應用研討會.2018.